東北地理所在鹽堿化農業水體RIs生成過程與機制方面取得進展
鹽堿地開發是緩解耕地資源短缺和實現糧食增產的重要途徑。水稻種植是鹽堿地農業利用最主要的方式之一，但稻田的洗鹽排水過程會排放大量鹽堿離子、氮磷營養鹽等物質進入溝渠和下游河湖水體，對區域水生態安全造成威脅。活性中間體（RIs）在生態系統養分循環和污染物遷移轉化過程中發揮著關鍵作用，但其在鹽堿化農業水體中的生成過程與機制尚不清楚，限制了對鹽堿化地區農業水體中復雜污染物生物地球化學過程的理解。
東北地理所水環境污染與防治研究團隊聚焦我國東北松嫩平原蘇打鹽堿地，選擇典型水稻種植區，在泡田排水期系統采集了鹽堿稻田田面水、溝渠水及下游河流、湖泊水體樣品，通過穩態量子產率動力學模型計算和太陽光譜光化學模擬實驗測定相結合的方法，研究了鹽堿化農業區各類水體中RIs的光化學生成過程與機制。
研究發現，RIs的生成與水體中常規理化指標之間存在復雜的相互作用關系（圖1）。單線態氧（1O2）的生成對pH較為敏感，三重激發態DOM（3DOM*）主要受鹽分調節，而羥基自由基（?OH）受NO2-、NO3-和DOM的影響更大；水體中的磷對RIs呈現出雙重調節作用：一方面RIs穩態濃度隨著TP濃度升高而增加；另一方面，過量的磷則會通過競爭性抑制作用降低RIs的量子產率。?OH作為自然界中最普遍存在且氧化能力最強的活性氧物種，其生成過程與1O2和3DOM*相比更為復雜。因此，本研究進一步探究了?OH的主要生成過程與潛在機制。結果表明，NO2-、NO3-和DOM的光化學反應對?OH生成的貢獻率分別為19.50%、6.93%和73.57%，證實DOM光解是鹽堿化農業水體中?OH的主要生成途徑（圖2）。光譜學特征分析表明，在鹽堿化農業水體中，相較于DOM濃度，其平均分子量對RIs生成的影響更大。整體而言，鹽堿化地區農業水體從源頭經由溝渠流入下游河湖水體的過程中，DOM光解始終是?OH的主要生成途徑，且在下游水體中占比最高（83.28%）；NO2-和NO3-光解的貢獻相對較小，且在下游水體中兩者對?OH生成的貢獻占比均降低。
圖1 鹽堿化農業水體中RIs生成與水體常規理化指標之間的相關性
圖2 洗鹽泡田期鹽堿化農業水體中?OH穩態濃度及各生成途徑占比
圖3 鹽堿化農業水體中?OH的潛在生成機制
該研究明確了鹽堿化農業水體中RIs的關鍵生成途徑（圖3），為理解鹽堿地區農業水環境中的光化學過程提供了新的視角，對平衡鹽堿化地區農業生產與生態可持續性、優化區域水資源管理具有重要意義。
相關成果發表在國際期刊《Water Research》上，由特別研究助理王鑫壹（共同第一作者）、遼寧大學已畢業博士研究生劉紀陽（共同第一作者）和祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目聯合資助。
論文信息：Wang XY,Liu JY,Li SY,Miao YQ,Shen YT,Cui H,Hou SN,Zhu H*. Mechanisms of reactive intermediates formation in saline-alkali agricultural waters. Water Research,2025,123540.
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123540
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吉公網安備22017302000214號
